第1章基本理论

1、华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机1 1 叶片式泵与风机的基本理论叶片式泵与风机的基本理论引引 言言 目的：目的：。 角度：分析角度：分析流体流动与流体流动与几何形状之间的关几何形状之间的关系，以便确定适宜的系，以便确定适宜的流道形状，获得符合流道形状，获得符合要求的性能。要求的性能。华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机1 1 叶片式泵与风机的基本理论叶片式泵与风机的基本理论 应将主要精力集中于流体在应

2、将主要精力集中于流体在内流动规律的研究内流动规律的研究上。上。 叶片叶片轮毂轮毂轴轴前盘前盘后盘后盘空心叶片空心叶片板式叶片板式叶片华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机一、流体在一、流体在离心式离心式叶轮内的流动分析叶轮内的流动分析 1-1 1-1 流体在叶轮内的流动分析流体在叶轮内的流动分析 二、流体在二、流体在轴流式轴流式叶轮内的流动分析叶轮内的流动分析 （一）叶轮流道投影图及其流动分析假设（一）叶轮流道投影图及其流动分析假设 （二）叶轮内流体的运动及其速度三角形（二）叶轮内流体的运动及其速度三角形 （一）叶轮流道投影图及其流动分析假设（

3、一）叶轮流道投影图及其流动分析假设 （二）叶轮内流体的运动及其速度三角形（二）叶轮内流体的运动及其速度三角形 华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机一、流体在一、流体在离心式离心式叶轮内的流动分析叶轮内的流动分析 （一）叶轮流道投影图及其流动分析假设（一）叶轮流道投影图及其流动分析假设 1.1. 叶轮流道投影图叶轮流道投影图华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机一、流体在一、流体在离心式离心式叶轮内的流动分析叶轮内的流动分析 （一）叶轮流道投影图及其流动分析假设（一）叶轮流道投影图及其流动分析假

4、设 1.1. 叶轮流道投影图（简化后）叶轮流道投影图（简化后）D1华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机一、流体在一、流体在离心式离心式叶轮内的流动分析叶轮内的流动分析 （一）叶轮流道投影图及其流动分析假设（一）叶轮流道投影图及其流动分析假设 2流动分析假设流动分析假设 （1 1）中的中的流体微团的运动轨流体微团的运动轨迹完全与叶片型线相重合迹完全与叶片型线相重合（5 5）流体在叶轮内的）流体在叶轮内的是是的流动。的流动。 （2 2）为为，即不考虑由于粘性使速度场不均，即不考虑由于粘性使速度场不均匀而带来的叶轮内的流动损失。匀而带来的叶轮内的流

5、动损失。 （3 3）是是的。的。（4 4）为为，即流动不随时间变化。，即流动不随时间变化。 华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机因此，流体在叶轮内的运动是一种因此，流体在叶轮内的运动是一种，即：，即： wu叶轮内流体的运动及其速度三角形叶轮内流体的运动及其速度三角形 一、流体在一、流体在离心式离心式叶轮内的流动分析叶轮内的流动分析 （二）叶轮内流体的运动及其速度三角形（二）叶轮内流体的运动及其速度三角形华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机一、流体在一、流体在叶轮内的流动分析叶轮内的流动分析

6、（二）叶轮内流体的运动及其速度三角形（二）叶轮内流体的运动及其速度三角形速度三角形的计算速度三角形的计算下标说明流体在叶片进口和出口处的情况，分别用下标下标说明流体在叶片进口和出口处的情况，分别用下标“1、2”表示；表示；下标下标“ ”表示叶片无限多无限薄时的参数表示叶片无限多无限薄时的参数；下标下标“r r（a a）、）、u u”表示径向（轴向）和周向参数。表示径向（轴向）和周向参数。华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机一、流体在一、流体在离心式离心式叶轮内的流动分析叶轮内的流动分析 （二）叶轮内流体的运动及其速度三角形（二）叶轮内流体的运

7、动及其速度三角形速度三角形的计算速度三角形的计算（1）圆周速度）圆周速度u为：为：u=60Dn （2）绝对速度的径向分）绝对速度的径向分 速速r为：为： （3） 2及及 1角：角： 当叶片无限多时，当叶片无限多时， 2= 2y ；而；而 2y 在设计时可根据经验选取。在设计时可根据经验选取。同样同样 1 也可根据经验、吸入条件和设计要求取定。也可根据经验、吸入条件和设计要求取定。 22T2rbDqV 华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机二、流体在二、流体在叶轮内的流动分析叶轮内的流动分析 （一）叶轮流道投影图及其流动分析假设（一）叶轮流道投影

8、图及其流动分析假设 1.1. 叶轮流道投影图叶轮流道投影图华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机 （1 1）认为流体流过轴流式叶轮时，与飞机在大气中飞行）认为流体流过轴流式叶轮时，与飞机在大气中飞行十分相似，可采用十分相似，可采用机翼理论机翼理论进行分析。进行分析。 （2 2）圆柱层无关性假设圆柱层无关性假设，即认为叶轮中流体微团是在以，即认为叶轮中流体微团是在以轴线为轴心线的圆柱面（称为流面）上流动。轴线为轴心线的圆柱面（称为流面）上流动。 2流动分析假设流动分析假设 除可以采用研究离心式泵与风机时所采用的方法外，常除可以采用研究离心式泵与风

9、机时所采用的方法外，常做如下假设：做如下假设： 二、流体在二、流体在轴流式轴流式叶轮内的流动分析叶轮内的流动分析 （一）叶轮流道投影图及其流动分析假设（一）叶轮流道投影图及其流动分析假设 华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机（二）叶轮内流体的运动及其速度三角形（二）叶轮内流体的运动及其速度三角形与离心式叶轮比较，与离心式叶轮比较，相同点相同点有：有：1 1流体在叶轮内的运动仍是一种复合运动，即：流体在叶轮内的运动仍是一种复合运动，即： wu 圆周速度圆周速度u 仍为：仍为：60Dnu 与离心式叶轮比较，与离心式叶轮比较，不同点不同点有：有：在

10、同一半径上，在同一半径上，u1= u2=u，且且w1a=w2a=w a= 1a= 2a= a二、流体在二、流体在轴流式轴流式叶轮内的流动分析叶轮内的流动分析 华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机2绝对速度轴向分量的计算式：绝对速度轴向分量的计算式：4/ )(2h22TDDqVa 与与比较，不同点是：比较，不同点是：叶叶栅改变了栅前来流的方向和大小栅改变了栅前来流的方向和大小, 即：周向速度分量。即：周向速度分量。定义几何平均值：定义几何平均值： w =(w1+w2)/2 （二）叶轮内流体的运动及其速度三角形（二）叶轮内流体的运动及其速度三角形

11、二、流体在二、流体在轴流式轴流式叶轮内的流动分析叶轮内的流动分析 华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机在进行叶栅计算时，以在进行叶栅计算时，以几何平均值几何平均值w等价于单个翼型时等价于单个翼型时无穷远处的来流速度，其速度三角形如图所示。无穷远处的来流速度，其速度三角形如图所示。（二）叶轮内流体的运动及其速度三角形（二）叶轮内流体的运动及其速度三角形二、流体在二、流体在轴流式轴流式叶轮内的流动分析叶轮内的流动分析 华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机圆周方向速度变化有转动有转动速度变化速度变

12、化相同相同流体对叶片的力在圆周的方向流体对叶片的力在圆周的方向华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组圆周方向速度变化，假设：5 m/s流量假设：1kg/s圆周方向速度（例如圆周方向速度（例如50 m/s）叶片与流体间功的叶片与流体间功的交换大致为多少？交换大致为多少？叶片受力方向叶片受力方向华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机F F代表流体对叶片的作用力代表流体对叶片的作用力 FF涡轮涡轮风车风车风力机风力机等等 泵泵风机风机等等 华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风

13、机泵与风机u进口相对速度方向变化进口相对速度方向变化vwu设计流量叶片无法改变进口截面的绝对速度方向叶片无法改变进口截面的绝对速度方向不同的流量导致进口相对速度变化不同的流量导致进口相对速度变化vwu小流量大 流量？华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机一、能量方程式的推导一、能量方程式的推导1-2 1-2 叶片式泵与风机的能量方程式叶片式泵与风机的能量方程式 二、二、能量方程式的分析能量方程式的分析华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机一、能量方程式的推导一、能量方程式的推导（以离心式叶轮为例

14、）（以离心式叶轮为例） 利用动量矩定理，建立叶片对流体作功与流体利用动量矩定理，建立叶片对流体作功与流体运动状态变化之间的联系。运动状态变化之间的联系。 1、前提条件、前提条件 2、控制体和坐标系（相对）、控制体和坐标系（相对） 叶片为叶片为“ ”, =0, =const, =const.，轴对称。，轴对称。华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机 3、动量矩定理及其分析动量矩定理及其分析 在稳定流动中，在稳定流动中， M= K。且，单位时间内流出、流进控。且，单位时间内流出、流进控制体的流体对转轴的动量矩制体的流体对转轴的动量矩K 分别为：分别

15、为：K2= qVT 2 l2= qVT 2 r2cos 2 ，K1= qVT 1 l1= qVT 1 r1cos 1 作用在控制体内流体上的外力有作用在控制体内流体上的外力有质量力质量力和和表面力表面力。其对。其对转轴的力矩转轴的力矩M由假设可知：该力矩只有转轴通过叶片传给流由假设可知：该力矩只有转轴通过叶片传给流体的力矩。则体的力矩。则一、能量方程式的推导一、能量方程式的推导（以离心式叶轮为例）（以离心式叶轮为例） M= qVT( 2 r2cos 2 - - 1 r1cos 1 )华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机当叶轮以等角速度旋转时，

16、则当叶轮以等角速度旋转时，则原动机通过转轴原动机通过转轴传给流体传给流体的功率为：的功率为： 由于由于u2= r2、u1=r1、 2u = 2 cos 2 、 1u = 1 cos 1 ，代入上式得代入上式得 ：P=M= qVT ( 2 r2cos 2 - - 1 r1cos 1 )P= qVT(u2 2u - - u1 1u ) 3、动量矩定理及其分析动量矩定理及其分析 一、能量方程式的推导一、能量方程式的推导（以离心式叶轮为例）（以离心式叶轮为例） 华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机 上两式对轴流式叶轮也成立，故称其为叶片式泵与风机上两

17、式对轴流式叶轮也成立，故称其为叶片式泵与风机的能量方程式，又称欧拉方程式（的能量方程式，又称欧拉方程式（Euler.L ，1756.）。）。 3、动量矩定理及其分析动量矩定理及其分析 一、能量方程式的推导一、能量方程式的推导（以离心式叶轮为例）（以离心式叶轮为例） （）pT = gHT = (u2 2u - - u1 1u )而单位体积流体流经叶轮时所获得的能量，即无限多叶而单位体积流体流经叶轮时所获得的能量，即无限多叶片时的理论能头片时的理论能头 pT 为：为： 则单位重力流体流经叶轮时所获得的能量，即无限多叶则单位重力流体流经叶轮时所获得的能量，即无限多叶片时的理论能头片时的理论能头 HT

18、 为：为： )(g1gu11u22TT uuqPHV（） 华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机避开了流体在叶轮内部复杂的流动问题，只涉及叶轮进、避开了流体在叶轮内部复杂的流动问题，只涉及叶轮进、出口处流体的流动情况。出口处流体的流动情况。1 1、分析方法上的特点、分析方法上的特点: :二、二、能量方程式的分析能量方程式的分析、理论能头与被输送流体密度的关系、理论能头与被输送流体密度的关系: :guuH/ )(u11u22T pT = (u2 2u - - u1 1u )华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵

19、与风机泵与风机3 3、提高无限多叶片时理论能头的几项措施、提高无限多叶片时理论能头的几项措施：)(g1u11u22T uuH二、二、能量方程式的分析能量方程式的分析 （2）。因。因u2=2 D2n/60，故，故D2 和和n HT 。 目前火力发电厂大型给水泵的转速已高达目前火力发电厂大型给水泵的转速已高达7500r/min。华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机轴流式叶轮的能头低于离心式叶轮轴流式叶轮的能头低于离心式叶轮l u1，u2 不同不同l 轴流式叶轮

20、提高能头主要靠增加气流转角轴流式叶轮提高能头主要靠增加气流转角华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机1、在其它条件相同的情况下，为什么轴流式泵与风机、在其它条件相同的情况下，为什么轴流式泵与风机的能头低于离心式的能头低于离心式? 2 2、在进行离心式和轴流式叶轮内的流动分析中各作了、在进行离心式和轴流式叶轮内的流动分析中各作了哪些假设？哪些假设？华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机一、离心式叶轮的三种型式一、离心式叶轮的三种型式 1-3 1-3 叶片出口安装角对理论叶片出口安装角对理论能头的影

21、响能头的影响 二、二、 2y 对对HT 的影响的影响三、三、 2y 对对Hst 及及Hd 的影响的影响 四、叶片出口安装角的选用原四、叶片出口安装角的选用原则则 华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机一、离心式叶轮的三种型式一、离心式叶轮的三种型式 后向式（后向式（ 2y 90 ）径向式（径向式（ 2y 90 ）前向式（前向式（ 2y 90 ）叶片出口安装角：叶片出口安装角： 2y = （叶片出口切向，（叶片出口切向，- - u2）华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机二、二、 2y 对对HT

22、的影响的影响. 2y HT ； . 2y min =0 “违反了泵与风机的定义违反了泵与风机的定义”；结论：结论：. 2y max “违反了泵与风机的定义违反了泵与风机的定义”。（ ）为提高理论扬程为提高理论扬程HT ，设计上使设计上使 190 。则在转速。则在转速n、流、流量量qV、叶轮叶片一定的情况下，有：、叶轮叶片一定的情况下，有：2y2y2r222u2Tcotcotg1g1bauuuH不是不能加工，而是加工出来后，加功效果很差，不能使用能量方程式分析华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机yu222rcot212122u21u TdTst

23、1HHHH 三、三、 2y 对对Hst 及及Hd 的影响的影响 定义反作用度：定义反作用度： yu22r2cot2u 1u =0， 1r 2r 2r2u2 g2/22u 显然显然应在应在（0，1）之间。之间。 g/2u2 u 2r2 u华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机四、讨论四、讨论1从结构角度：当从结构角度：当HT =const.，前向式叶轮结构小，重，前向式叶轮结构小，重量轻，投资少。量轻，投资少。2从能量转化和效率角度：前向式叶轮流道扩散度大且从能量转化和效率角度：前向式叶轮流道扩散度大且压出室能头转化损失也大；而后向式则反之，压出

24、室能头转化损失也大；而后向式则反之，。3从防磨损和积垢角度：径向式叶轮较好，前向式叶轮从防磨损和积垢角度：径向式叶轮较好，前向式叶轮较差，而后向式居中。较差，而后向式居中。4从功率特性角度：当从功率特性角度：当qV 时，前向式叶轮时，前向式叶轮Psh ，易发生，易发生过载问题。过载问题。华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机 （1 1）为了提高泵与风机的效率和降低噪声，工程上对离心）为了提高泵与风机的效率和降低噪声，工程上对离心式泵均采用后向式叶轮；式泵均采用后向式叶轮； （2 2）为了提高压头、流量、缩小尺寸，减轻重量，工程上）为了提高压头、

25、流量、缩小尺寸，减轻重量，工程上对小型通风机也可采用前向式叶轮；对小型通风机也可采用前向式叶轮； （3 3）由于径向式叶轮防磨、防积垢性能好，所以，可用做）由于径向式叶轮防磨、防积垢性能好，所以，可用做引风机、排尘风机和耐磨高温风机等。引风机、排尘风机和耐磨高温风机等。 五、叶片出口安装角的选用原则五、叶片出口安装角的选用原则 表表1-1 一些叶片形式和出口安装角的大致范围一些叶片形式和出口安装角的大致范围叶叶 片片 形形 式式出口安装角范围出口安装角范围叶叶 片片 形形 式式出口安装角范围出口安装角范围强后向叶片（水泵型）强后向叶片（水泵型）后向圆弧叶片后向圆弧叶片后向直叶片后向直叶片后向翼

26、型叶片后向翼型叶片20 30 30 60 40 60 40 60 径向出口叶片径向出口叶片径向直叶片径向直叶片前向叶片前向叶片强前向叶片（多翼叶）强前向叶片（多翼叶）90 90 118 150 150 175 华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机一、轴向涡流的概念一、轴向涡流的概念1-4 1-4 叶片数有限时对理论能头的影响叶片数有限时对理论能头的影响 二、叶片数有限时对理论能头的影响二、叶片数有限时对理论能头的影响 华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机一、轴向涡流的概念一、轴向涡流的概念

27、1 1、无限叶片数的理解、无限叶片数的理解 叶片型线严格控制流体流动。叶片型线严格控制流体流动。2 2、有限叶片数的理解叶片型线不能完全控制流体流动。有限叶片数的理解叶片型线不能完全控制流体流动。 AA轴向涡流试验轴向涡流试验3 3、轴向涡流、轴向涡流流体流体(理想理想)相对于旋转的容器，由于其惯相对于旋转的容器，由于其惯性产生一个与旋转容器反向的旋转运动。性产生一个与旋转容器反向的旋转运动。流体在叶轮流道中的流动流体在叶轮流道中的流动A 华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机1 1、流线和流线和速度速度三角形发生变化，三角形发生变化，分布不均

28、分布不均； 二、叶片数有限时对理论能头的影响二、叶片数有限时对理论能头的影响 轴向涡流对进、出口速度三角形的影响轴向涡流对进、出口速度三角形的影响 pwpw，非非工工作作面面，工工作作面面 p形成形成阻力矩阻力矩； 2 2、华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机二、叶片数有限时对理论能头的影响二、叶片数有限时对理论能头的影响 3 3、使理论能头降低：使理论能头降低： 不是效率，不是由损失造成的；不是效率，不是由损失造成的；流体惯性流体惯性有限叶片有限叶片轴向滑移；轴向滑移；K = f（结构），见表（结构），见表1-2。 T1u12u2T1KHu

29、ugH a. HT (pT ) HT (pT) ，即：即： T1u12u2TKpuup 华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机也可给出滑移系数也可给出滑移系数 有限、无限多叶片有限、无限多叶片 有限多叶片有限多叶片 必考题型必考题型华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机1-5 1-5 叶片式泵与风机的损失和效叶片式泵与风机的损失和效率率一、机械损失和机械效率机械损失和机械效率 二、容积损失和容积效率二、容积损失和容积效率三、流动损失和流动效率三、流动损失和流动效率 引引 言言 华北电力大学华北电

30、力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机 Pm PV PhPhqVTHTP qVHTPeqVHPsh由于结构、工艺及流体粘性的影响，流体流经泵与风机由于结构、工艺及流体粘性的影响，流体流经泵与风机时不可避免地要产生各种能量损失。时不可避免地要产生各种能量损失。哪些哪些损失？在哪些部位？与那些因素有关？损失？在哪些部位？与那些因素有关？措施措施 。引引 言言 华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机机械损失（用功率机械损失（用功率 Pm表示）包括：表示）包括：轴与轴封、轴与轴轴与轴封、轴与轴承承及叶轮及叶轮圆盘摩擦圆盘

31、摩擦所损失的功率，一般分别用所损失的功率，一般分别用 Pm1和和 Pm2表表示。示。1 1、什么是机械损失、什么是机械损失 2 2、机械损失的定性分析、机械损失的定性分析 ，叶轮在壳腔内转动时，因，叶轮在壳腔内转动时，因克服壳腔内流体与盖板之间存在的摩擦阻力克服壳腔内流体与盖板之间存在的摩擦阻力而消耗的能量，称为圆盘摩擦损失功率。而消耗的能量，称为圆盘摩擦损失功率。 一、机械损失和机械效率机械损失和机械效率 ，与轴承、轴封的结构形式、填料种类、轴，与轴承、轴封的结构形式、填料种类、轴颈的加工工艺以及流体密度有关，约为颈的加工工艺以及流体密度有关，约为1%3%Psh华北电力大学华北电力大学流体力

32、学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机3 3、减小机械损失的一些措施、减小机械损失的一些措施 一、机械损失和机械效率机械损失和机械效率 （1 1）合理地压紧填料压盖，对于泵采用机械密封。）合理地压紧填料压盖，对于泵采用机械密封。 （2 2）对给定的能头，增加转速，相应减小叶轮直径。）对给定的能头，增加转速，相应减小叶轮直径。 （4 4）适当选取叶轮和壳体的间隙，可以降低圆盘摩擦损）适当选取叶轮和壳体的间隙，可以降低圆盘摩擦损失，一般取失，一般取B/D2=2%5%。 （3 3），效率可，效率可以以提高提高2%3%，效率可提高，效率可提高2%4%。风机风机的盖板和壳腔较泵光滑，

33、风机的效率要比的盖板和壳腔较泵光滑，风机的效率要比水泵高。水泵高。华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机4 4、机械效率、机械效率一、机械损失和机械效率机械损失和机械效率 机械损失功率的大小，用机械效率机械损失功率的大小，用机械效率 m来衡量。机械效率来衡量。机械效率等于轴功率克服机械损失后所剩余的功率（即流动功率等于轴功率克服机械损失后所剩余的功率（即流动功率Ph）与轴功率与轴功率Psh之比：之比：shhshmshmPPPPP 机械效率和比转速有关，表机械效率和比转速有关，表1-31-3可用来粗略估算泵的机械效率。可用来粗略估算泵的机械效率。

34、 表表1-3 m与与ns的关系（泵）的关系（泵）比转速比转速 ns5060708090100机械效率机械效率m（%）848789919293华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机当叶轮旋转时，在动、静部件间隙两侧压强差的作用下，当叶轮旋转时，在动、静部件间隙两侧压强差的作用下，部分流体从高压侧通过间隙流向低压侧所造成的能量损失称部分流体从高压侧通过间隙流向低压侧所造成的能量损失称为容积（泄漏）损失，用功率为容积（泄漏）损失，用功率 PV 表示。表示。 二、容积损失和容积效率二、容积损失和容积效率（一）泵的容积损失（一）泵的容积损失 （二）通风机

35、的容积损失（二）通风机的容积损失 华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机 （一）泵的容积损失（一）泵的容积损失 1、泵的容积损失主要发生在以下几个部位泵的容积损失主要发生在以下几个部位叶轮入口与外壳之间的间隙处；叶轮入口与外壳之间的间隙处；多级泵的级间间隙处；多级泵的级间间隙处；平衡轴向力装置与外壳之间的平衡轴向力装置与外壳之间的间隙间隙处以及轴封间隙处等。处以及轴封间隙处等。华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机2、减小泵容积损失的措施、减小泵容积损失的措施为了减小叶轮入口处的容积损失为了减小

36、叶轮入口处的容积损失q1，一般在入口处都装，一般在入口处都装有密封环（承磨环或口环），如图下所示。有密封环（承磨环或口环），如图下所示。检修中应将密封间隙严格控制在规定的范围内，密封间检修中应将密封间隙严格控制在规定的范围内，密封间隙过大隙过大q1 ；密封间隙过小；密封间隙过小 Pm1 ； （一）泵的容积损失（一）泵的容积损失 华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机 （二）通风机的容积损失（二）通风机的容积损失 通风机的容积损失发生在以下部位通风机的容积损失发生在以下部位由于轴或轴套的直径较小，由此产生的外泄漏可忽略不计。和泵的情况类似，容积损

37、失q 的大小和间隙形式有关。 通风机容积损失示意图通风机容积损失示意图华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机 （二）通风机的容积损失（二）通风机的容积损失 离心式通风机叶轮进口离心式通风机叶轮进口与进气口间隙的形式可分为与进气口间隙的形式可分为对口对口和和套口套口两种形式。两种形式。间隙尺寸对风机的性能间隙尺寸对风机的性能影响：影响： 试验表明，试验表明，r /D2从从0.5%到到0.05%，可使可使效率效率提高提高3% 4%。通常间隙的取值范围。通常间隙的取值范围为为(0.0050.01)D2，D2大时取大时取小值，反之取大值。小值，反之取大

38、值。 华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机 （三）（三） 容积效率容积效率 容积效率容积效率V 与比转速有关，对给水泵，表与比转速有关，对给水泵，表1-4可供参考。可供参考。容积损失的大小用容积效率容积损失的大小用容积效率V 来衡量。容积效率为考虑来衡量。容积效率为考虑容积损失后的功率与未考虑容积损失前的功率之比：容积损失后的功率与未考虑容积损失前的功率之比：qqqqqHqHqPPVVVVVVV TTTThgg ns=5060708090100qV90m3/hqV145m3/h0.800.900.8350.9200.860.940.8750.

39、9500.8900.9550.900.96表表1-4 1-4 给水泵的容积效率给水泵的容积效率比转速比转速 V流量流量华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机1 1、什么是流动损失、什么是流动损失 三、流动损失和流动效率三、流动损失和流动效率 流动损失是指：泵与风机工作时，由于流体和流道壁面流动损失是指：泵与风机工作时，由于流体和流道壁面发生发生摩擦摩擦、流道几何形状改变使流速变化而产生、流道几何形状改变使流速变化而产生旋涡旋涡、以及、以及偏离设计工况时产生的偏离设计工况时产生的冲击冲击等所造成的损失。等所造成的损失。2 2、流动损失的定性分析、

40、流动损失的定性分析 流动损失和过流部件的几何形状，壁面粗糙度、流体的流动损失和过流部件的几何形状，壁面粗糙度、流体的粘性及流速、运行工况等因素密切相关。粘性及流速、运行工况等因素密切相关。冲击损失冲击损失 摩擦损失和局部损失摩擦损失和局部损失分类分类华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机三、流动损失和流动效率三、流动损失和流动效率 2 2、流动损失的定性分析、流动损失的定性分析 1）摩擦损失和局部损失）摩擦损失和局部损失 当流动处于阻力平方区时，这当流动处于阻力平方区时，这部分损失与流量的平方成正比，可定性地用下式表示：部分损失与流量的平方成正

41、比，可定性地用下式表示：232221jfVVVqKqKqKhh 2）冲击损失）冲击损失 当流量偏离设计流量时，在叶片入口和出当流量偏离设计流量时，在叶片入口和出口处，流速变化使流动角不等于叶片的安装角，从而产生冲口处，流速变化使流动角不等于叶片的安装角，从而产生冲击损失。击损失。 冲击损失可用下式估算，即冲击损失可用下式估算，即 2d4s)(VVqqKh 华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机三、流动损失和流动效率三、流动损失和流动效率 2 2、流动损失的定性分析、流动损失的定性分析 2）冲击损失）冲击损失当流量大于设当流量大于设计流量时，计流

42、量时， 1y 1，则则 = 1y 10，称为，称为负冲角。负冲角。华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机三、流动损失和流动效率三、流动损失和流动效率 2 2、流动损失的定性分析、流动损失的定性分析 实践证明：正冲角时，由于实践证明：正冲角时，由于，能量损，能量损失比负冲角（失比负冲角（时为小。因此，设计时，时为小。因此，设计时，一般取正冲角一般取正冲角 =3 5 。若全部流动损失用若全部流动损失用hw表表示，则：示，则： hw= hf+ hj+ hs 正冲角的存在，对改善正冲角的存在，对改善泵的汽蚀性能也有好处。泵的汽蚀性能也有好处。 流动损失

43、曲线流动损失曲线存在存在流动损失最小工况。流动损失最小工况。华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机三、流动损失和流动效率三、流动损失和流动效率 2 2、流动损失的定性分析、流动损失的定性分析 表表1-5 某分段式多级给水泵通流部分水力损失的分布（某一级）某分段式多级给水泵通流部分水力损失的分布（某一级）区区 域域 名名 称称损损 失失（m）占总损失的占总损失的百分数（）百分数（）区区 域域 名名 称称损损 失失（m）占总损失的占总损失的百分数（）百分数（）流出正导叶流入反导叶流出正导叶流入反导叶（环型空间）（环型空间）4-4至至5-52.062

44、2.15流出叶轮进入导叶流出叶轮进入导叶2-2至至3-31.0110.85流出反导叶流出反导叶5-5至至6-6至至7-70.576.1导叶扩散段导叶扩散段3-3至至4-40.9710.4节段的总损失节段的总损失9.31100 可以看出：可以看出：叶轮和导叶中的流动损失几叶轮和导叶中的流动损失几乎是相等的，约各占乎是相等的，约各占50%。因此，在设计离。因此，在设计离心泵时，只有将改善叶轮和压出室的流动性心泵时，只有将改善叶轮和压出室的流动性能统一考虑才能取得较好的效果能统一考虑才能取得较好的效果。 华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机三、流动

45、损失和流动效率三、流动损失和流动效率 3 3、流动效率、流动效率 流动损失的大小用流动效率流动损失的大小用流动效率h来衡量。流动效率等于考来衡量。流动效率等于考虑流动损失后的功率（即有效功率）与未考虑流动损失前的虑流动损失后的功率（即有效功率）与未考虑流动损失前的功率之比功率之比 ，即，即TTTehppHHHgqHgqPPVV 四、泵与风机的总效率四、泵与风机的总效率 泵与风机的总效率等于有效功率和轴功率之比。即：泵与风机的总效率等于有效功率和轴功率之比。即： hmehshhshe VPPPPPPPP 华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机 【

46、例例 1-2】 有一输送冷水的离心泵，当转速为有一输送冷水的离心泵，当转速为1450r/min时，流量为时，流量为qV=1.24m3/s，扬程，扬程H=70m，此时所需的轴功率，此时所需的轴功率Psh=1100kW，容积效率，容积效率 V=0.93，机械效率机械效率 m=0.94，求流动，求流动效率为多少效率为多少?（已知水的密度（已知水的密度=1000kg/m3）。）。 【解解】 由已知，泵的有效功率为：由已知，泵的有效功率为：Pe= gqV H/1000=10009.8061.2470/1000=851.161（kW）所以，所以， = Pe/Psh=851.161/1100 =0.774=

47、77.4% h= /( V m)=0.774/(0.93020.94)=0.88519=88.52%华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机 2、试提出提高泵与风机效率的几点措施？、试提出提高泵与风机效率的几点措施？1、 2y 对对HT 、 Hst 及及Hd 有何影响？有何影响？ 3 3、为什么提高转速并相应地减小叶轮直径可能使叶片、为什么提高转速并相应地减小叶轮直径可能使叶片式泵与风机的效率得到提高。式泵与风机的效率得到提高。 华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机 1 1、叶片数有限时对理论能

48、头有何影响？、叶片数有限时对理论能头有何影响？ 2 2、若某泵或风机的机械效对率、容积效率、流动效率若某泵或风机的机械效对率、容积效率、流动效率值均相等，即值均相等，即m=v=h时，试问其机械损失时，试问其机械损失Pm、容积、容积损失损失Pv、流动损失、流动损失Ph值也是否相等？为什么？值也是否相等？为什么？3、在设计泵与风机时，为了提高泵与风机的效率，为、在设计泵与风机时，为了提高泵与风机的效率，为什么应力求降低动能头的比例？什么应力求降低动能头的比例？华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机1-6 1-6 叶片式泵与风机的性能曲线叶片式泵与风

49、机的性能曲线 一、能头与流量性能曲线一、能头与流量性能曲线二、功率与流量性能曲线二、功率与流量性能曲线 三、效率与流量性能曲线三、效率与流量性能曲线 四、轴流式泵与风机性能曲线四、轴流式泵与风机性能曲线五、泵与风机性能曲线的比较五、泵与风机性能曲线的比较引引 言言 六、预旋对泵与风机性能曲线的影响六、预旋对泵与风机性能曲线的影响以离心式叶轮为例以离心式叶轮为例华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机引引 言言1 1、泵与风机的性能及性能曲线、泵与风机的性能及性能曲线Vstqp 3 3、性能曲线的绘制方法（、性能曲线的绘制方法（试验方法及借助比例定

50、律）2 2、性能曲线的作用、性能曲线的作用能直观地反映能直观地反映泵与风机泵与风机的总体性能，对其所在系统的安的总体性能，对其所在系统的安全和经济运行意义重大；全和经济运行意义重大；作为设计及修改新、老产品的依据；相似设计的基础；作为设计及修改新、老产品的依据；相似设计的基础；工作状态工作状态工况（运行、设计、最佳）工况（运行、设计、最佳）n=const.主要的主要的H- -qV 或或 p- -qVPsh- -qV - -qVNPSH- -qVn=const.其次其次Hs- -qV 华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机qVHTT222y222

51、2y22T222u2T-gtocg)toc(gg1VVVBqAqbDuubDquuuH2）H-qV曲线曲线一、能头与流量性能曲线（一、能头与流量性能曲线（H- -qV）1）HT - -qVT曲线曲线 由无限多叶片时的理论能头可得：由无限多叶片时的理论能头可得：HT=KHT ，qVT- -q =qVH=HT- -hw ，HT - -qVTHT- -qVThf+ +hjhsH- -qVTH- -qVqqVd后向式后向式径向式径向式前向式前向式华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机qVPshOPh-qVT二、功率与流量性能曲线二、功率与流量性能曲线（

52、Psh- -qV ） 2TTTTTThmmhsh1000/ )(g1000/gVVVVVqBqABqAKqHqPPPPP 与与流流量量无无关关，且且，若现，若现场的凝结泵和给水泵闭阀启场的凝结泵和给水泵闭阀启动，动，则则这部分功率将导致泵内水温有较大的温升，易产生泵内汽蚀，这部分功率将导致泵内水温有较大的温升，易产生泵内汽蚀，故故。后向式后向式径向式径向式前向式前向式qPsh-qV曲线曲线Psh-qVT Pm PV华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机三、效率与流量性能曲线（三、效率与流量性能曲线（ - -qV） shshshe10001000

53、gPpqPHqPPVV 泵与风机的泵与风机的 - -qV性能曲性能曲线线由下式计算可得，即由下式计算可得，即并随性能表一起附于制造厂并随性能表一起附于制造厂家的产品说明书或产品样本家的产品说明书或产品样本中。中。华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机四、泵与风机性能曲线四、泵与风机性能曲线 右图为与右图为与300MW、600 MW机组配套用的机组配套用的锅炉给水泵的性能曲锅炉给水泵的性能曲线。线。 华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机五、泵与风机性能曲线的比较五、泵与风机性能曲线的比较（一）离

54、心式泵与风机性能曲线的比较（一）离心式泵与风机性能曲线的比较 离心式通风机三种不同型式叶轮的性能曲线离心式通风机三种不同型式叶轮的性能曲线 对前向式和径向式叶轮对前向式和径向式叶轮，能能头性能曲线为一具有驼峰的或呈头性能曲线为一具有驼峰的或呈型的曲线，且随型的曲线，且随 2y 曲线弯曲曲线弯曲程度程度 。 K点左侧为不稳定工作区。点左侧为不稳定工作区。，能头曲线总，能头曲线总的趋势的趋势一般一般是随着流量的增加能是随着流量的增加能头逐渐降低，头逐渐降低，不会出现不会出现型型。 1、H- -qV 性能曲线的比较性能曲线的比较 华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程

55、组泵与风机泵与风机（一）离心式泵与风机性能曲线的比较（一）离心式泵与风机性能曲线的比较（后向式叶轮）后向式叶轮）五、泵与风机性能曲线的比较五、泵与风机性能曲线的比较结构参数结构参数后向式叶轮的后向式叶轮的性能曲线存在不同程度的差异。性能曲线存在不同程度的差异。常见的有常见的有、和和三种基本类型。三种基本类型。不同型式的性能曲线，其工程应用场合不同。应重点给不同型式的性能曲线，其工程应用场合不同。应重点给予关注。予关注。OqVHabc华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机（一）离心式泵与风机性能曲线的比较（一）离心式泵与风机性能曲线的比较（五、泵

56、与风机性能曲线的比较五、泵与风机性能曲线的比较 Kp=25%30% ） 其其特点是：当流量变化很小时能头变化很大特点是：当流量变化很小时能头变化很大。例如火力。例如火力发电厂自江河、水库取水的循环水泵，就希望有这样的工作发电厂自江河、水库取水的循环水泵，就希望有这样的工作性能。性能。因为，随着季节的变化，江河、水因为，随着季节的变化，江河、水库的水位涨落差非常大，同时水的清洁库的水位涨落差非常大，同时水的清洁度也发生变化；度也发生变化；但是，由于凝汽器内真但是，由于凝汽器内真空度的要求，其流量变化不能太大。空度的要求，其流量变化不能太大。qVHabc华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课

57、程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机（一）离心式泵与风机性能曲线的比较（一）离心式泵与风机性能曲线的比较（五、泵与风机性能曲线的比较五、泵与风机性能曲线的比较 （Kp=8%12% ） 其其特点是：当流量变化较大时，能头变化很小特点是：当流量变化较大时，能头变化很小。例如火。例如火力发电厂的给水泵、凝结水泵就希望有这样的性能。力发电厂的给水泵、凝结水泵就希望有这样的性能。 因为，汽轮发电机在运行时负荷变因为，汽轮发电机在运行时负荷变化是不可避免的，特别是对调峰机组，化是不可避免的，特别是对调峰机组，负荷变化更大。但是，由于主机安全经负荷变化更大。但是，由于主机安全经济济性的要求，汽包、除

58、氧器以及凝汽器性的要求，汽包、除氧器以及凝汽器内的压强变化不能太大。内的压强变化不能太大。qVHabc华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机（一）离心式泵与风机性能曲线的比较（一）离心式泵与风机性能曲线的比较五、泵与风机性能曲线的比较五、泵与风机性能曲线的比较 （驼峰曲线不能用斜度表示）（驼峰曲线不能用斜度表示） 其其特点是：在峰值点特点是：在峰值点k 左侧出现不稳定工作区左侧出现不稳定工作区，故设计，故设计时应尽量避免这种情况，或尽量减小不稳定区。时应尽量避免这种情况，或尽量减小不稳定区。 经验证明，对离心式泵采用右图中的曲线来选择叶片安经验

59、证明，对离心式泵采用右图中的曲线来选择叶片安装角装角2y 和叶片数，可以避免性能曲线中的驼峰。和叶片数，可以避免性能曲线中的驼峰。 qVHabc华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机（一）离心式泵与风机性能曲线的比较（一）离心式泵与风机性能曲线的比较五、泵与风机性能曲线的比较五、泵与风机性能曲线的比较。当泵。当泵与风机工作在大于额定流量时，与风机工作在大于额定流量时，原动机易过载。原动机易过载。 因而当泵与风机工因而当泵与风机工作在大于额定流量时，原动机不作在大于额定流量时，原动机不易过载。易过载。 2、Psh- -qV 性能曲线的比较性能曲线

60、的比较 华北电力大学华北电力大学流体力学及泵与风机课程组流体力学及泵与风机课程组泵与风机泵与风机（一）离心式泵与风机性能曲线的比较（一）离心式泵与风机性能曲线的比较五、泵与风机性能曲线的比较五、泵与风机性能曲线的比较前向式叶轮的效率较低，但在前向式叶轮的效率较低，但在额定流量附近，效率下降较慢；额定流量附近，效率下降较慢；而径向式叶轮的效率居中。而径向式叶轮的效率居中。 3、 -qV 性能曲线的比较性能曲线的比较 因此，为了提高效率，因此，为了提高效率，泵几乎不采用前向式叶轮泵几乎不采用前向式叶轮，而采，而采用后向式叶轮。即使对于用后向式叶轮。即使对于风机，也趋向于采用效率较高的后风机，也趋向